O que é estabilizador de tensão e como funciona?

O que é estabilizador de tensão e por que precisamos dele? Operação, tipos e aplicações do estabilizador

Introdução ao Estabilizador:

A incorporação de tecnologia de chip de microprocessador e dispositivos eletrônicos de potência no projeto de estabilizadores de tensão CA inteligentes (ou reguladores automáticos de tensão (AVR)) levaram a produzir uma fonte de alimentação elétrica estável e de alta qualidade em caso de desvio significativo e contínuo da tensão da rede.

Como avanço para os estabilizadores de tensão convencionais do tipo relé, os estabilizadores modernos e inovadores usam circuitos de controle digital de alto desempenho e circuitos de controle de estado sólido que eliminam ajustes de potenciômetros e permitem que o usuário defina os requisitos de tensão por meio de um teclado, com facilidade de partida e parada de saída.

Isso também levou a que o tempo de disparo ou a capacidade de resposta dos estabilizadores fossem muito menores, geralmente menos de alguns milissegundos, além disso, isso pode ser ajustado com configuração variável. Hoje em dia, os estabilizadores tornaram-se uma solução de energia otimizada para muitos aparelhos eletrônicos sensíveis a flutuações de tensão e encontraram trabalho com muitos dispositivos, como máquinas CNC, condicionadores de ar, televisores, equipamentos médicos, computadores, equipamentos de telecomunicações e assim por diante.

O que é um estabilizador de tensão?

É um aparelho elétrico projetado para fornecer uma tensão constante a uma carga em seus terminais de saída, independentemente das alterações na entrada ou na tensão de alimentação de entrada. Ele protege o equipamento ou máquina contra sobretensão, subtensão e outros surtos de tensão.

Também é chamado de regulador automático de tensão (AVR) . Os estabilizadores de tensão são preferidos para equipamentos elétricos caros e preciosos para protegê-los de flutuações prejudiciais de baixa/alta tensão. Alguns desses equipamentos são condicionadores de ar, máquinas de impressão offset, equipamentos de laboratório, máquinas industriais e aparelhos médicos.

Estabilizadores de tensão regulam a tensão de entrada flutuante antes que ela possa ser alimentada à carga (ou equipamento que seja sensível a variações de tensão). A tensão de saída do estabilizador ficará na faixa de 220V ou 230V no caso de alimentação monofásica e 380V ou 400V no caso de alimentação trifásica, dentro de uma determinada faixa flutuante de tensão de entrada. Esta regulação é realizada por operações de buck e boost realizadas por circuitos internos.

Existem grandes variedades de reguladores automáticos de tensão disponíveis no mercado atual. Podem ser unidades monofásicas ou trifásicas, conforme exigido pelo tipo de aplicação e capacidade (KVA) necessária. Os estabilizadores trifásicos vêm em duas versões como modelos de carga balanceada e modelos de carga desbalanceada.

Eles estão disponíveis como unidades dedicadas para eletrodomésticos ou como uma grande unidade estabilizadora para eletrodomésticos inteiros em um determinado local, digamos, toda a casa. Além disso, elas podem ser do tipo analógico ou digital de unidades estabilizadoras.

Os tipos comuns de estabilizadores de tensão incluem estabilizadores operados manualmente ou comutáveis, estabilizadores automáticos do tipo relé, estabilizadores de estado sólido ou estáticos e estabilizadores controlados por servo. Além da função estabilizadora, a maioria dos estabilizadores vem com recursos adicionais, como corte de baixa tensão de entrada/saída, corte de alta tensão de entrada/saída, corte de sobrecarga, facilidade de partida e parada de saída, partida manual/automática, exibição de corte de tensão, comutação de tensão zero , etc

Por que os estabilizadores de tensão são necessários?

Geralmente, todo e qualquer equipamento ou dispositivo elétrico é projetado para uma ampla faixa de tensão de entrada. Dependendo da sensibilidade, a faixa de trabalho dos equipamentos está limitada a valores específicos, por exemplo, alguns equipamentos podem tolerar ± 10 por cento da tensão nominal enquanto outros ± 5 por cento ou menos.

As flutuações de tensão (aumento ou queda da magnitude da tensão nominal) são bastante comuns em muitas áreas, especialmente em linhas terminadas. Os motivos mais comuns para flutuações de tensão são iluminação, falhas elétricas, fiação defeituosa e desligamento periódico do dispositivo. Essas flutuações criam percalços para os equipamentos ou aparelhos elétricos.

O resultado será longo tempo de sobretensão

• Dano permanente ao equipamento
• Dano no isolamento dos enrolamentos
• Interrupção indesejada na carga
• Aumento das perdas em cabos e equipamentos associados
• Redução da vida útil do dispositivo

O resultado será muito tempo sob tensão

• Mau funcionamento do equipamento
• Períodos de trabalho mais longos (como no caso de aquecedores resistivos)
• Redução do desempenho do equipamento
• Desenhando grandes correntes que levam ao superaquecimento
• Erros computacionais
• Velocidade reduzida dos motores

Assim, a estabilidade e a precisão da tensão decidem o correto funcionamento do equipamento. Os estabilizadores de tensão, portanto, garantem que as flutuações de tensão na fonte de alimentação de entrada não afetem a carga ou o aparelho elétrico.

Como funciona o estabilizador de tensão?

Princípio básico do estabilizador de tensão para realizar operações de Buck e Boost

Em um estabilizador de tensão, a correção de tensão de condições de sobre e subtensão é realizada por meio de duas operações essenciais, a saber, boperações de impulso e buck . Essas operações podem ser realizadas manualmente por interruptores ou automaticamente por meio de circuitos eletrônicos. Durante a condição de subtensão, a operação de reforço aumenta a tensão para um nível nominal, enquanto a operação de buck reduz o nível de tensão durante a condição de sobretensão.

O conceito de estabilização envolve adicionar ou subtrair a tensão de e para a rede elétrica. Para realizar tal tarefa o estabilizador utiliza um transformador que é conectado em diferentes configurações com relés de comutação. Alguns estabilizadores usam um transformador com derivações no enrolamento para fornecer diferentes correções de tensão, enquanto os servoestabilizadores usam um transformador automático para ter uma ampla faixa de correção.

Para entender este conceito, vamos considerar um transformador abaixador simples de 230/12V e sua conexão com essas operações são dadas abaixo.

A figura acima ilustra a configuração de reforço em que a polaridade do enrolamento secundário é orientada de forma que sua tensão seja adicionada diretamente à tensão primária. Portanto, em caso de condição de subtensão, o transformador (seja ele comutador de derivação ou autotransformador) é comutado pelos relés ou interruptores de estado sólido de modo que volts adicionais sejam anexados à tensão de entrada.

Na figura acima, o transformador está conectado na configuração bucking, em que a polaridade da bobina secundária é orientada de tal forma que sua tensão subtraia da tensão primária. O circuito de comutação muda a conexão com a carga para esta configuração durante a condição de sobretensão.

A figura acima mostra o estabilizador de tensão de dois estágios que usa dois relés para fornecer alimentação CA constante à carga durante condições de sobretensão e subtensão. Ao alternar os relés, as operações de buck e boost para duas flutuações de tensão específicas (uma está sob tensão, por exemplo, 195V e outra para sobretensão, digamos 245V) podem ser executadas.

No caso de derivação de estabilizadores do tipo transformador, diferentes derivações são comutadas com base na quantidade necessária de tensões de impulso ou buck. Mas, no caso de estabilizadores do tipo autotransformador, são utilizados motores (servo motor) juntamente com contato deslizante para obter tensões boost ou buck do autotransformador, pois contém apenas um enrolamento.

Tipos de estabilizadores de tensão

Estabilizadores de tensão tornaram-se parte integrante de muitos aparelhos elétricos domésticos, industriais e comerciais. Anteriormente, estabilizadores de tensão operados manualmente ou comutáveis ​​eram usados ​​para aumentar ou diminuir a tensão de entrada para fornecer uma tensão de saída dentro de uma faixa desejada. Tais estabilizadores são construídos com relés eletromecânicos como dispositivos de comutação.

Mais tarde, circuitos eletrônicos adicionais automatizaram o processo de estabilização e deram origem aos reguladores automáticos de tensão para comutadores. Outro tipo popular de estabilizador de tensão é o estabilizador servo no qual a correção de tensão é realizada continuamente sem qualquer interruptor. Vamos discutir três tipos principais de estabilizadores de tensão.

Estabilizadores de tensão do tipo relé

Neste tipo de estabilizadores de tensão, a regulação de tensão é realizada comutando os relés para conectar uma das várias tomadas do transformador à carga (como da maneira discutida acima) seja para operação de reforço ou bucking. A figura abaixo ilustra o circuito interno do estabilizador tipo relé.

Possui circuito eletrônico e conjunto de relés além do transformador (que pode ser toroidal ou transformador de núcleo de ferro com tomadas previstas em seu secundário). O circuito eletrônico compreende circuito retificador, amplificador operacional, unidade microcontroladora e outros componentes minúsculos.

O circuito eletrônico compara a tensão de saída com um valor de referência fornecido pela fonte de tensão de referência integrada. Sempre que a tensão aumenta ou diminui além do valor de referência, o circuito de controle comuta o relé correspondente para conectar uma derivação desejada à saída.

Esses estabilizadores geralmente alteram a tensão para variações de tensão de entrada de ±15 por cento a ±6 por cento com precisão de tensão de saída de ±5 a ±10 por cento. Este tipo de estabilizadores é mais popularmente usado para aparelhos de baixa classificação em aplicações residenciais, comerciais e industriais, pois são de baixo peso e baixo custo. No entanto, estes estão sofrendo com várias limitações, como baixa velocidade de correção de tensão, menor durabilidade, menor confiabilidade, interrupção do caminho de alimentação durante a regulação e incapacidade de suportar surtos de alta tensão.

Estabilizadores de tensão servocontrolados

Estes são simplesmente denominados como servo-estabilizadores (funcionam no servomecanismo que também é conhecido como feedback negativo) e o nome sugere que ele usa um servo motor para permitir a correção de tensão. Eles são usados ​​principalmente para alta precisão de tensão de saída, normalmente ± 1 por cento com alterações de tensão de entrada de até ± 50 por cento. A figura abaixo mostra o circuito interno de um servo estabilizador que incorpora servo motor, autotransformador, transformador buck boost, driver de motor e circuitos de controle como componentes essenciais.

Neste estabilizador, uma extremidade do primário do transformador buck boost é conectada à derivação fixa do autotransformador, enquanto a outra extremidade é conectada ao braço móvel que é controlado pelo servo motor. O secundário do transformador buck boost é conectado em série com a fonte de entrada que nada mais é do que a saída do estabilizador.

O circuito de controle eletrônico detecta a queda de tensão e o aumento de tensão comparando a entrada com a fonte de tensão de referência integrada. Quando o circuito encontra o erro, ele aciona o motor que, por sua vez, movimenta o braço do autotransformador. Isso pode alimentar o primário do transformador de reforço de buck de modo que uma tensão no secundário seja a saída de tensão desejada. A maioria dos estabilizadores servo usa microcontrolador ou processador embutido para o circuito de controle para obter controle inteligente.

Esses estabilizadores podem ser do tipo monofásico, trifásico balanceado ou trifásico não balanceado. No tipo monofásico, um servo motor acoplado ao transformador variável realiza a correção de tensão. No caso de um tipo balanceado trifásico, um servo motor é acoplado a três autotransformadores de forma que a saída estabilizada seja fornecida durante as flutuações ajustando a saída dos transformadores. Em um tipo não balanceado de servo estabilizadores, três servo motores independentes acoplados a três autotransformadores e possuem três circuitos de controle separados.

Existem várias vantagens de usar estabilizadores servo em comparação com estabilizadores do tipo relé. Alguns deles são maior velocidade de correção, alta precisão de saída estabilizada, capaz de suportar correntes de inrush e alta confiabilidade. No entanto, estes requerem manutenção periódica devido à presença de motores.

Estabilizadores de tensão estática

Como o nome sugere, o estabilizador de tensão estático não possui partes móveis como um mecanismo de servo motor no caso de servoestabilizadores. Ele usa circuito conversor eletrônico de potência para obter regulação de tensão em vez de um variac no caso de estabilizadores convencionais. É possível produzir maior precisão e excelente regulação de tensão por esses estabilizadores em comparação com servoestabilizadores, e normalmente a regulação é de ±1 por cento.

Ele consiste essencialmente em transformador de reforço de buck, conversor de energia IGBT (ou conversor CA para CA) e microcontrolador, microprocessador ou controlador baseado em DSP. O conversor IGBT controlado por microprocessador gera a quantidade apropriada de tensão pela técnica de modulação por largura de pulso, e essa tensão é fornecida ao primário do transformador de reforço de buck. O conversor IGBT produz a tensão de forma que possa estar em fase ou 180 graus fora de fase da tensão da linha de entrada, a fim de realizar a adição e subtração de tensões durante as flutuações.

Sempre que o microprocessador detecta a queda de tensão, ele envia os pulsos PWM para o conversor IGBT de forma que gere a tensão que é igual à do valor desviado do valor nominal. Esta saída está em fase com a alimentação de entrada e é fornecida ao primário do transformador buck boost. Como o secundário está conectado à linha de entrada, a tensão induzida será adicionada à alimentação de entrada e essa tensão corrigida é fornecida à carga.

Da mesma forma, o aumento de tensão faz com que o circuito do microprocessador envie pulsos PWM de tal forma que o conversor produza uma tensão de quantidade desviada, que está 180 graus fora de fase com a tensão de entrada. Esta tensão no secundário do transformador buck boost é subtraída da tensão de entrada para que a operação buck seja executada.

Esses estabilizadores são muito populares em comparação com estabilizadores de comutação de derivação e servocontrolados devido à grande variedade de vantagens, como tamanho compacto, velocidade de correção muito rápida, excelente regulação de tensão, sem manutenção devido à ausência de partes móveis, alta eficiência e alta confiabilidade.

Diferença entre o estabilizador de tensão e o regulador de tensão

Uma questão importante, mas confusa, é levantada aqui:qual é exatamente a diferença(s) entre o estabilizador e o regulador ? Bem .. Ambos executam a mesma ação que é estabilizar a tensão, mas a principal diferença entre o estabilizador de tensão e o regulador de tensão é :

Estabilizador de tensão: É um dispositivo ou circuito projetado para fornecer tensão constante à saída sem alterações na tensão de entrada.

Regulador de tensão: É um dispositivo ou circuito projetado para fornecer tensão constante à saída sem alterações na corrente de carga.

Como escolher um estabilizador de tensão de tamanho correto?

O mais importante é considerar vários fatores antes de comprar um estabilizador de tensão para um eletrodoméstico. Esses fatores incluem a potência exigida pelo aparelho, o nível de flutuações de tensão que são experimentadas na área de instalação, tipo de aparelho, tipo de estabilizador, faixa de trabalho do estabilizador (para qual estabilizador vai as voltagens corretas), corte de sobretensão/subtensão, tipo de circuito de controle, tipo de montagem e outros fatores. Aqui, apresentamos etapas básicas a serem consideradas antes de comprar um estabilizador para sua aplicação.

• Verifique a potência do aparelho que você vai usar com um estabilizador, observando os detalhes da placa de identificação (Aqui estão os exemplos:Placa de identificação do transformador, placa de identificação do MCB, placa de identificação do capacitor etc) ou do manual do usuário do produto.
• Uma vez que os estabilizadores são classificados em kVA (o mesmo que o transformador classificado em kVA em vez de kW), também é possível calcular a potência simplesmente multiplicando a tensão do aparelho pela corrente nominal máxima.
• Recomenda-se adicionar uma margem de segurança à classificação do estabilizador, geralmente de 20 a 25%. Isso pode ser útil para planos futuros de adicionar mais dispositivos à saída do estabilizador.
• Se o aparelho for classificado em watts, considere um fator de potência ao calcular a classificação kVA do estabilizador. Pelo contrário, se os estabilizadores forem classificados em kW em vez de kVA, multiplique o fator de potência pelo produto de tensão e corrente.

abaixo está o exemplo ao vivo e resolvido que como selecionar o estabilizador de tensão de tamanho adequado para o(s) seu(s) aparelho(s) elétrico(s)

Suponha que o aparelho (ar condicionado ou refrigerador) seja classificado como 1kVA. Portanto, a margem segura de 20% é de 200 watts. Ao adicionar esses watts à classificação real, obtemos uma potência de 1200 VA. Portanto, o estabilizador de 1,2 kVA ou 1200 VA é preferível para o aparelho. Para necessidades domésticas, são preferidos estabilizadores de 200 VA a 10 kVA. E para aplicações comerciais e industriais, são usados ​​estabilizadores monofásicos e trifásicos de grande classificação.

Espero que as informações fornecidas sejam informativas e úteis para o leitor. Queremos que os leitores expressem suas opiniões sobre este tópico e respondam a esta pergunta simples – qual é o propósito do recurso de comunicação RS232/RS485 em estabilizadores de tensão modernos, na seção de comentários abaixo.